Hiện nay, có các phương tiện đo thông số của một số đối tượng cộng hưởng đơn giản: mạch RLC cộng hưởng; cuộn cảm và cảm biến cảm ứng có điện dung xen kẽ ký sinh và điện trở hoạt động của cuộn dây. Các đối tượng cộng hưởng như vậy được biểu diễn bằng các mạch điện tương đương ở dạng mạch điện ba phần tử mắc nối tiếp (Hình 1a) hoặc song song (Hình 1b) của cuộn cảm L, điện dung C và điện trở tác dụng R.
Trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau, có nhiều đối tượng cộng hưởng phức tạp hơn được biểu thị bằng các mạch điện tương đương bốn phần tử. Ví dụ, các phần tử gốm áp điện được sử dụng để chế tạo cảm biến, bộ cộng hưởng, bộ truyền động và các thiết bị khác của hệ thống đo lường và điều khiển thông tin được biểu diễn bằng một mạch điện tương đương như Hình 2, trong đó , , – là điện dung, điện cảm và điện trở động; – điện dung song song.
Có thể có nhiều tùy chọn cấu hình khác cho mạch bốn phần tử của mạch điện cộng hưởng với các loại kết nối nối tiếp song song và song song nối tiếp khác nhau của các phần tử L, C và R.
Cần phát triển một cách tiếp cận thống nhất để phát triển các kỹ thuật đo lường, cấu trúc của bộ chuyển đổi đo và phần mềm để xác định các tham số của mạch cộng hưởng ba và bốn phần tử cộng hưởng có cấu hình khác nhau.
Mục đích công việc: Phát triển các phương tiện đo các thông số của mạch cộng hưởng ba và bốn phần tử có cấu hình khác nhau.
Phạm vi ứng dụng: Phần cứng, phần mềm đa chức năng, có tính chuyên môn cao phục vụ nghiên cứu khoa học và công nghệ điều khiển các thông số điện của đối tượng cộng hưởng. Ưu điểm của các công cụ đã phát triển so với các công cụ đã biết nằm ở việc mở rộng chức năng, cụ thể là sử dụng cùng một phần cứng để đo các thông số của các mạch có cấu hình khác nhau. Tính linh hoạt và đa chức năng của các công cụ đạt được thông qua phần mềm.
Để xác định các thông số điện của mạch điện ba phần tử cộng hưởng, đề xuất sử dụng phương pháp đo tích lũy, trong đó giả định:
– đưa mạch cộng hưởng đang nghiên cứu vào mạch đo, mạch này chuyển đổi điện trở của mạch cộng hưởng thành điện áp; mạch đo được chế tạo trên cơ sở op-amp có điện trở ở mạch đầu vào và mạch cộng hưởng đang được nghiên cứu ở mạch phản hồi âm;
– cung cấp tín hiệu thử nghiệm hình sin có tần số tương ứng với các điểm đặc trưng của đặc tính biên độ-tần số của mạch cộng hưởng tới đầu vào mạch đo;
– đo biên độ điện áp đầu ra của mạch đo ở tần số quy định;
– biên soạn và giải hệ phương trình nối các tham số cần thiết của mạch cộng hưởng với giá trị đo được của biên độ các điện áp ra của mạch đo và số phương trình phải bằng số tham số cần tìm.
Hình 3. Mạch đo thí nghiệm các thông số mạch điện cộng hưởng
Việc sử dụng phương pháp đo tích lũy để xác định các thông số của mạch điện cộng hưởng giúp đơn giản hóa đáng kể phần cứng của dụng cụ đo và loại bỏ các lỗi trong chuyển đổi tương tự điện áp đầu ra của mạch đo. Việc đọc điện áp đầu ra của mạch đo ở tần số đặc trưng được số hóa, tất cả các hành động tiếp theo để biên dịch và giải hệ phương trình theo phương pháp đo tích lũy được thực hiện ở cấp độ phần mềm.
Một phương pháp đo tích lũy các tham số của mạch điện cộng hưởng ba phần tử được đề xuất, bao gồm các giai đoạn sau.
- Tìm kiếm, đo tần số cộng hưởng và điện áp cực đại ở đầu ra của mạch đo tại tần số cộng hưởng.
Từ đầu ra của máy phát DDS, một điện áp hình sin thử nghiệm có biên độ và tần số được người vận hành thay đổi riêng biệt trong phạm vi giá trị dự kiến của tần số cộng hưởng sẽ được cung cấp cho đầu vào của mạch đo. Tần số cộng hưởng được tìm kiếm theo tiêu chí biên độ điện áp ra của mạch đo đạt giá trị cực đại. Khi bạn đạt đến mức cộng hưởng, bước điều chỉnh tần số và biên độ của tín hiệu kiểm tra sẽ giảm. Giá trị tối đa của biên độ điện áp đầu ra của mạch đo không được vượt quá 10V – giá trị trên của dải điện áp đầu vào được khuyến nghị của bộ dò biên độ được sử dụng. Các giá trị và được ghi lại.
- Đo tần số tương ứng với độ lệch ở mức 0,707 so với điện áp cực đại ở tần số cộng hưởng.
Việc tìm kiếm được thực hiện đối với các giá trị tần số cả dưới và trên tần số cộng hưởng tại đó biên độ của điện áp đầu ra là .
- Xác định hệ số chất lượng từ các giá trị tìm được của tần số lệch và tần số cộng hưởng.
Các giá trị độ lệch và hệ số chất lượng được tính toán.
- Xác định tham số các phần tử của mạch điện cộng hưởng nhờ giải hệ phương trình nối các tham số cần tìm của mạch điện cộng hưởng ba phần tử , , , với giá trị đo được, значениями , , .
- Hệ thống gồm ba phương trình được biên soạn mô tả:- tần số cộng hưởng ;- yếu tố chất lượng ;
– Điện áp đầu ra của mạch đo
- Các biểu thức toán học mô tả các tham số này bằng giá trị đo được của chúng. Từ ba phương trình thu được, một hệ có dạng sau:
Kết quả giải hệ phương trình (2.5) xác định được các thông số điện yêu cầu , , , của mạch cộng hưởng. Để giải số một hệ phương trình, có thể sử dụng bất kỳ gói phần mềm toán học nào, chẳng hạn như MathCAD.
Để phục vụ cho việc công nghệ sản xuất, cũng như tạo chính xác cao độ trong các phép đo của thiết bị điện tử nói chung và hệ thống sản phẩm ATK của chúng tôi nói riêng. Môt giá thử đo lường các thông số của mạch cộng hưởng đã và đang được chúng tôi nghiên cứu trong tương lai gần, phục vụ cho nhiều phép kiểm tra, đánh giá tuổi thọ và tính ứng dụng của các linh kiện điện tử trong ngành đo lường và thiết kế mạch điện vô tuyến.
Bài viết liên quan